Linux内核(四)

嵌入式Linux的启动流程:

Bootloader：硬件上电后跳到一个固定位置执行相应代码，初始化相应设备，加载内核代码到内存，跳到内核代码起始位置执行；

kernel：内核自解压，初始化静态编译进内核的驱动模块，挂载根文件系统，直接执行第一个用户空间程序；

第一个用户空间程序：配置用户环境和执行服务进程。

 

1. 系统的启动和初始化

    在基于Intel的系统上，当 loadlin.exe 或 LILO把内核装入到内存并把控制权传递给内核时，内核开始启动。arch/i386/kernel/head.S 进行特定结构的设置，然后跳转到init/main.c的main()例程。

2. 内存管理

    内存管理的代码主要在/mm，但特定结构的代码在arch/*/mm。缺页中断处理的代码在mm/memory.c ，而内存映射和页高速缓存器的代码在mm/filemap.c。缓冲器高速缓存是在mm/buffer.c 中实现，而交换高速缓存是在mm/swap_state.c 和 mm/swapfile.c中实现。

3. 内核

     内核中，特定结构的代码在arch/*/kernel，调度程序在kernel/sched.c，fork的代码在kernel/fork.c，task_struct 数据结构在 include/linux/sched.h中。

4.  PCI

       PCI 伪驱动程序在 drivers/pci/pci.c ，其定义在include/linux/pci.h。每一种结构都有一些特定的 PCI BIOS 代码，Intel的在arch/alpha/kernel/bios32.c。

5.  进程间通信

   所有System V IPC 对象权限都包含在 ipc_perm 数据结构中，这可以在  include/linux/ipc.h中找到。System V 消息是在ipc/msg.c中实现，共享内存在 ipc/shm.c中，信号量在  ipc/sem.c中，管道在 ipc/pipe.c中实现。

6. 中断处理

    内核的中断处理代码是几乎所有的微处理器所特有的。中断处理代码在arch/i386/kernel/irq.c中，其定义在include/asm-i386/irq.h中。

7. 设备驱动程序

     Linux设备驱动程序的所有源代码都保存在/driver，根据类型可进一步划分为：

/block

     块设备驱动程序如ide(在ide.c)。如果你想看包含文件系统的所有设备是如何被初始化的，你应当看drivers/block/genhd.c中的device_setup()，device_setup()不仅初始化了硬盘，当一个网络安装nfs文件系统时，它也初始化网络。块设备包含了基于IDE和SCSI的设备。

/char

       这是看字符设备(如tty，串口及鼠标等)驱动程序的地方。

/cdrom

        Linux的所有CDROM代码都在这儿，如在这儿可以找到Soundblaster CDROM的驱动程序。注意ide CD的驱动程序是 ide-cd.c，放在drivers/block，SCSI CD的驱动程序是scsi.c，放在drivers/scsi。

/pci

    这是PCI伪驱动程序的源代码，在这里可以看到PCI子系统是如何被映射和初始化的。

/scsi

     在这里可以找到所有的SCSI代码及Linux所支持的scsi设备的所有设备驱动程序。

/net

    在这里可以找到网络设备驱动程序，如DECChip 21040 PCI 以太网驱动程序在tulip.c中。

/sound

       这是所有声卡驱动程序的所在地。

8. 文件系统

   EXT2 文件系统的源代码全部在fs/ext2/目录下，而其数据结构的定义在include/linux/ext2_fs.h, ext2_fs_i.h 及ext2_fs_sb.h中。虚拟文件系统的数据结构在include/linux/fs.h中描述，而代码在fs/*中。缓冲区高速缓存与更新内核的守护进程的实现是在 fs/buffer.c中 。

8. 网络

       网络代码保存在/net中，大部分的include文件在include/net下，BSD套节口代码在net/socket.c中，IP 第4版本的套节口代码在net/ipv4/af_inet.c。一般的协议支持代码(包括sk_buff 处理例程)在net/core下，TCP/IP联网代码在net/ipv4下，网络设备驱动程序在/drivers/net下。

9. 模块

       内核模块的代码部分在内核中，部分在模块包中，前者全部在kernel/modules.c中，而数据结构和内核守护进程kerneld的信息分别在include/linux/module.h和include/linux/kerneld.h 中。如果你想看ELF目标文件的结构，它位于include/linux/elf.h中。

 

 

计算机在启动时都是先加电,然后进行硬件检测并引导操作系统的初始化程序,然后操作系统的初始化程序程负责读入系统内核并建产系统的运行环境.一这过程相对来说比较复而且与CPU体系结构相关,这里我们通过linux并以i386的体系结构对这一过程进行较为详细的说明.
一、硬件检测
当
机器加电后它首先执行BIOS(基本输入输出系统)中的代码，BIOS首先执行加电自检程序(POST)，当自检通过程便完成了硬件的启动。POST程序
通过对内存及其他硬件的设备的诊断检测确定硬件的存在并可正确操作。BIOS是固化在芯片里的程序，执行这一过程一般只需要几秒钟。当自检完成后
BIOS按照系统COMS中设置的启动顺序搜寻有效的启动驱动器(这里我们以硬盘为例)，并读入系统引导扇区，并将系统控制权交给引导程序。
二、加载和执行引导程序
系统引导程序主要是把系统内核装载到内存，启动盘必须在第一个逻辑磁道上包含引导记录。这512个字节的扇区又被称作是引导扇区，在系统完成加电自检后，
BIOS从启动盘中将引导扇区读入到内存中。引导记录中包含了一些磁盘的物理特性的参数。在引导扇区被读入内存后，BIOS就能从这里读取到启动盘的物理
参数。一旦引导记录加载完毕，BIOS就交出系统的执行控制权，跳转到引导程序
的头部执行。引导记录开头是一条无条件转移指令，它将立即跳转到地址0x03e执行引导程序，在引导扇区中这个引导程序将从磁盘中读出其他几个更为复杂的程序并由它们加载系统内核。
Linux的
引导程序由汇编代码文件arch/i386/boot/bootsect.S生成，它利用对BIOS功能的调用将
arch/i386/boot/下的setup.S文件和内核映象加载到内存。i386的体系结构的CPU分保护模式和实模式两种，在实模式下只能使用低
端的640K内存。系统在加载引导程序时CPU是处在实模式下，而现在的内核映象文件一般都超过了640K的限制，即使是经过压缩过的内核映象，这个内核
映象文件通常是bzImage,我们在编译内核时通常要用到这个文件。由于bzImage超出了640K这一限制，所以linux设
计了一个
bootsect_helper子程序(定义在arch/i386/boot/setup.S中)，引导程序通过循环调用bootsect_helper
将内核映象一块一块的装入内存，当内核加载完毕，系统跳转到setup.S的开始位置开始执行，setup.S仍在实模式下运行，主要功能是设置系统参数
(如：内存、磁盘等),并为进入保护模式做准备,最后进入到保护模式并跳转到内核映象文件的头部开始执行内核。这里提一下有关linux的
引导程序
lilo和grub，lilo和grub可以引导多个系统，如果机器上要装多系统的话一般都会用到它们，这一引导程序也储存在引导扇区中或者存放在主引导
记录中(MBR)，lilo和grub都许允用户自己配置，它们在系统安装时建立了关于系统内核占用磁盘数据块的位置对照表。当用户选择启动linux系统后，同样也跳转到setup.S上运行。
三、内核初始化
当setup.S执行完后，CPU进行保护模式，并开始执行内核，如果内核是经过压缩的，那么首先执行 arch/i386/boot/compressed目录下的head.S建立堆栈并解压内核映象文件，然后再转入arch/i386/kernel下的 head.S。如果没有压缩则直接转到arch/i386/kernel下的head.S开始执行。arch/i386/kernel/head.S程序负责数据区(BBS)、中断描述表(IDT)、段描述表(GDT)、页表和寄存器的初始化。最后进入start_kernel()模块。
此时系统运行在内核模式(0级别)下，转入到init/main.c中的start_kernel()。start_kernel()继续其他方面的初始化工作，主要是初始化系统的核心数据结构，主要包括：
setup_arch():执行与体系结构相关的设置。
trap_init():设置各种入口地址。
init_IRQ():初始化IRQ中断处理机制。
sched_init():设置并启动第一个进程init_task()。
softirq_init():对软中断子系统进行初始化。
console_init():初始化控制台、显示器.
init_modules():初始化kernel_module。
fork_init():定义系统最大进程数.
最后进入rest_init()函数并调用kernel_thread()创建init内核线程,进行系统配置。
init内核线程占用进程描述表的第一项，由它来创建其他完成系统初始他的进程。
init内核线程首先要销定内核，然后调用do_basic_setup()来初始化外部设备及加载驱动程序。主
要的初始化工作包括：
PCI总线初始化。
网络初始化。
文件系统初始化。
加载文件系统。
在do_basic_setup()调用完成后，init()会释放初始化函数据占用的内存，并且打开/dev/console
设备重新定向控制台,用系统调用execve来执行用户态程序/sbin/init。至此，linux的内核初始化工作完成。
下面的工作就由用户态的/sbin/init程序来完成。init程序程读取/etc/inittab文件来决定它具体的工作。在inittab中比较重要的几条是：
id:5:initdefault 决定操作系统启动时缺省的执行级别(这里说讲的是系统的运行级别，而不同于CPU的级别)
si:sysinit:/etc/rc.d/rc.sysinit 执行/etc/rc.d/rc.sysinit的脚本。rc.sysinit主要的工作是 激活交换分区、检查磁盘、加载硬件模块。
1:2345:respawn:/sbin/mingetty tty1 显示登录界面